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文章來源：中鐵上海局軌道交通研究院

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地鐵隧道打孔機器人

專利號：CN202311025922.3

基本概況

地鐵隧道建成后，需要架設(shè)電纜、光纜、漏纜、傳感器、照明燈等設(shè)施，安裝這些設(shè)施需要大量鉆孔，據(jù)統(tǒng)計，地鐵隧道打孔量達到每公里6萬個。

針對上述問題本發(fā)明提供了一種隧道打孔機器人及其智能目標(biāo)識別與自動化打孔方法，屬于智能機器人技術(shù)領(lǐng)域。

所設(shè)計的地鐵隧道打孔機器人，輸入相關(guān)孔位參數(shù)信息，系統(tǒng)將自動進行打孔規(guī)劃。基于視覺跟隨系統(tǒng)和激光定位靶標(biāo)系統(tǒng)，精確定位目標(biāo)打孔位置。能夠遠程檢測操控，實現(xiàn)隧道內(nèi)無人化工作。

有效解決了傳統(tǒng)的打孔方法所存在的無法解決鉆孔間距的控制、角度調(diào)整、無法適應(yīng)現(xiàn)場復(fù)雜多變的施工要求等問題。

結(jié)構(gòu)簡介

隧道打孔機器人包括電控系統(tǒng)以及與電控系統(tǒng)信號連接的行走平臺軌道車、示教器、發(fā)電機、液壓系統(tǒng)、打孔機械臂、執(zhí)行機構(gòu)。

執(zhí)行機構(gòu)包括固定在打孔機械臂的機械臂頭架上的鉆頭，機械臂頭架四角處安裝有激光傳感器A、激光傳感器B、激光傳感器C、激光傳感器D，機械臂頭架上還安裝有智能視覺相機。

作業(yè)流程

步驟1

向示教器中輸入系統(tǒng)參數(shù)，啟動行走平臺軌道車，帶動打孔機器人整體移動至第一個目標(biāo)打孔點附近。

步驟2

智能視覺相機進行視覺檢測，在可見打孔區(qū)域內(nèi)檢測目標(biāo)位置，將檢測到的圖像數(shù)據(jù)傳遞至電控系統(tǒng)，同時，激光傳感器A、激光傳感器B、激光傳感器C、激光傳感器D 將獲得的距離數(shù)據(jù)也傳遞至電控系統(tǒng)；電控系統(tǒng)對接收到的數(shù)據(jù)進行分析處理，計算出鉆頭與目標(biāo)位置的距離差值以及夾角。

步驟3

電控系統(tǒng)通過步驟2計算出鉆頭與目標(biāo)位置之間的距離以及夾角數(shù)據(jù)后， 結(jié)合打孔機械臂的期望位置，基于模糊PID控制原理計算得到目標(biāo)位置控制量，然后由電控 系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)位置控制量控制行走平臺軌道車運動以及控制打孔機械臂帶動鉆頭末端運動，使得鉆頭末端與目標(biāo)打孔點精確對準(zhǔn)。

步驟4

鉆頭末端調(diào)整至垂直于目標(biāo)打孔點時，電控系統(tǒng)基于目標(biāo)位置控制量控制機械臂底座移動，使鉆頭靠近目標(biāo)位置。

步驟5

鉆頭按鉆深鉆孔，鉆孔完成后，機械臂底座回到原位。

步驟6

行走平臺軌道車根據(jù)鉆進間隔，移動到下一個需要鉆進的位置，然后重復(fù)步驟2至5，繼續(xù)鉆孔。

步驟7

當(dāng)一側(cè)鉆孔作業(yè)完成后，通過打孔機械臂切換到另一側(cè)繼續(xù)同樣的鉆孔作業(yè)。

優(yōu)勢分析

隧道打孔機器人引入視覺識別技術(shù)，采用智能視覺相機和激光傳感器相結(jié)合的方法，實現(xiàn)了鉆孔目標(biāo)的三維定位和鉆頭與目標(biāo)平面相對角度的計算。

進而能夠更快更準(zhǔn)的實現(xiàn)目標(biāo)點的識別并控制機械臂運動，實施完整的打孔作業(yè)，使該隧道打孔機器人具有廣泛的社會運用前景。

有效解決了傳統(tǒng)的打孔方法所存在的無法解決鉆孔間距的控制、角度調(diào)整、無法適應(yīng)現(xiàn)場復(fù)雜多變的施工要求等問題。